分子凝縮系の柔らかさが生み出す新しいエキシトン機能

• Project Area: Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
• Project/Area Number: 16H00844
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 楊井 伸浩 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90649740)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 光物性 / イオン液体 / ソフトマテリアル / フォトン・アップコンバージョン / 三重項 / 超分子 / スイッチング

Outline of Annual Research Achievements

準安定な過冷却状態を示すイオン液体（IL）を用い、最安定な結晶相における結晶構造をもとにして液体状態での分子配列を議論できるのではないかという着想のもと実験を遂行した。室温における最安定相は結晶相であり、かつ一度融解すると準安定な過冷却液体状態を常温で長時間保つイオン対を得た。単結晶X線構造解析において、イオン性部位と非イオン性部位による層状構造を有しており、イオン性の層間距離は23.1 Åであった。興味深いことに、この層間距離に対応する低角側の回折ピークは準安定な過冷却IL状態においても観測され、液体中において二次元性の秩序構造を保って分子が配列していることを明らかにした。さらに、この低角側に現れた回折ピークの半値幅から、液体中における三重項励起子拡散距離と比較した。興味深いことに、算出されたドメインスケール9.3 nmに対し拡散距離は21.1 nmであった。これはIL中でドメイン同士の境界を越えて三重項励起エネルギー拡散が起こっているという描像を示している。
近年、フォトン・アップコンバージョン (TTA-UC) の新たな展開として、外部刺激による発光スイッチングが注目されている。しかしながら、これまでの研究は発光のON/OFFスイッチングに限られており、UC発光色を可逆的に変化させた例は無かった。発光部位を有するシクロファンは室温において結晶層とネマチック相の２つの相を示し、それぞれ緑色と黄色といった異なる蛍光色を示した。それぞれの相に三重項ドナー分子としてS-T吸収を示すオスミウム錯体を均一にドープし、近赤外光を照射したところ、シクロファンの集合体中で三重項拡散が起こり、可視域にTTA-UC発光を示すことを見出した。また、シクロファンの結晶相とネマチック相の間の相転移を利用することで、UC発光色を可逆的に変化させることに初めて成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Milano-Bicocca(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of Fribourg(スイス)
• [Int'l Joint Research] ミラノ・ビコッカ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学サンタ・バーバラ校(米国)
• [Journal Article] Two-dimensional structural ordering in a chromophoric ionic liquid for triplet energy migration-based photon upconversion (2018)
  • Author(s): Hisamitsu Shota、Yanai Nobuhiro、Kouno Hironori、Magome Eisuke、Matsuki Masaya、Yamada Teppei、Monguzzi Angelo、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 20 Issue: 5 Pages: 3233-3240
  • DOI: 10.1039/c7cp06266d
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stimuli-ResponsiveDual-Color Photon Upconversion:A Singlet-to- Triplet Absorption Sensitizer in aSoft Luminescent Cyclophane (2018)
  • Author(s): Kazuma Mase,Yoichi Sasaki, Yoshimitsu Sagara, Nobuyuki Tamaoki, Christoph Weder, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: angewandte chemie inteational edition Volume: 57 Issue: 11 Pages: 2806-2810
  • DOI: 10.1002/anie.201712644
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Translating MOF chemistry into supramolecular chemistry: soluble coordination nanofibers showing efficient photon upconversion (2018)
  • Author(s): Masanori Hosoyamada, Nobuhiro Yanai, Keisuke Okumura, Takayuki Uchihashi, and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 印刷中 Issue: 50 Pages: 6828-6831
  • DOI: 10.1039/c8cc01594e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Electric Properties of a Two-Dimensional Metal-Organic Framework Based on Phthalocyanine (2018)
  • Author(s): Nagatomi Hisanori、Yanai Nobuhiro、Yamada Teppei、Shiraishi Kanji、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 24 Issue: 8 Pages: 1806-1810
  • DOI: 10.1002/chem.201705530
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reentrant Gel-Sol-Gel Transition of a Lipophilic Co(II) Coordination Polymer (2018)
  • Author(s): Nagatomi Hisanori、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47 Issue: 1 Pages: 97-99
  • DOI: 10.1246/cl.170881
  • NAID: 130006302099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New Triplet Sensitization Routes for Photon Upconversion: Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecules, Inorganic Nanocrystals, and Singlet-to-Triplet Absorption (2017)
  • Author(s): Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Accounts of Chemical Research Volume: 50 Issue: 10 Pages: 2487-2495
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] All-or-none switching of photon upconversion in self-assembled organogel systems (2017)
  • Author(s): Pengfei Duan, Deepak Asthana, Takuya Nakashima, Tsuyoshi Kawai, Nobuhiro Yanai and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Faraday Discussions Volume: 196 Pages: 305-316
  • DOI: 10.1039/c6fd00170j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Triplet energy migration-based photon upconversion by amphiphilic molecular assemblies in aerated water (2016)
  • Author(s): Hironori Kouno, Taku Ogawa, Shogo Amemori, Prasenjit Mahato, Nobuhiro Yanai and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 7 Issue: 8 Pages: 5224-5229
  • DOI: 10.1039/c6sc01047d
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Employing Core-Shell Quantum Dots as Triplet Sensitizers for Photon Upconversion (2016)
  • Author(s): Keisuke Okumura, Kazuma Mase, Nobuhiro Yanai and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Chem.-Eur. J. Volume: 22 Pages: 7721-7726
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Increased Vis-to-UV upconversion performance by energy level matching be tween a TADF donor and high triplet energy acceptors (2016)
  • Author(s): Nobuhiro Yanai, Mariko Kozue, Shogo Amemori, Ryota Kabe, Chihaya Adachi, and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C, Volume: 4 Issue: 27 Pages: 6447-6451
  • DOI: 10.1039/c6tc01816e
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Near Infrared-to-Visible Photon Upconversion Sensitized by a Metal Complex with Spin-Forbidden yet Strong S0-T1 Absorption (2016)
  • Author(s): Shogo Amemori, Yoichi Sasaki, Nobuhiro Yanai, and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Issue: 28 Pages: 8702-8705
  • DOI: 10.1021/jacs.6b04692
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photon Upconversion and Molecular Solar Energy Storage by Maximizing the Potential of Molecular Self-Assembly (2016)
  • Author(s): Nobuo Kimizuka, Nobuhiro Yanai and Masa-aki Morikawa
  • Journal Title: Langmuir Volume: 32 Issue: 47 Pages: 12304-12322
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b03363
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] フォトン・アップコンバージョンにおける次元性 (2018)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
  • Invited
• [Presentation] フォトン・アップコンバージョン材料の新展開 (2017)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 東工大物質理工学院応化系主催シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2017-03-20
  • Invited
• [Presentation] フォトン・アップコンバージョン：原理、評価方法、最近の進展について (2017)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 有機エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 和歌山大学
  • Year and Date: 2017-02-16
  • Invited
• [Presentation] 分子集積系における励起三重項の機能化学 (2017)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 京都大学理学研究科化学専攻
  • Invited
• [Presentation] Exotic Functions where Triplet State Plays a Key Role (2017)
  • Author(s): Nobuhiro Yanai
  • Organizer: 錯体化学会第67回討論会
  • Invited
• [Presentation] ネットワークに励起エネルギーを駆け巡らせる (2017)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 第88回高分子若手研究会 [関西]
  • Invited
• [Presentation] Coordination Chemistry for Photon Upconversion (2017)
  • Author(s): Nobuhiro Yanai
  • Organizer: 4th Japan-Canada Joint Symposium on Coordination Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Photon Upconversion based on Triplet Energy Migration (2016)
  • Author(s): Nobuhiro Yanai
  • Organizer: RSC Inorganic Chemistry Symposium
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2016-10-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高効率・低励起光フォトン・アップコンバージョンを示すハイブリッド材料の創出 (2016)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2016-09-08
  • Invited
• [Presentation] Photon upconversion in self-assembled molecular systems (2016)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 分子研研究会「超機能分子の創成：合成、計測、数理が織りなす社会実装分子の戦略的設計と開発」
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Invited
• [Presentation] Photon upconverting molecular assemblies (2016)
  • Author(s): Nobuhiro Yanai
  • Organizer: Japan-Taiwan Joint Seminar on Energy and Environment for Young Chemists
  • Place of Presentation: National Sun Yat-Sen University
  • Year and Date: 2016-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] フォトン・アップコンバージョン材料の新展開 (2016)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 写真学会「第１３回光機能性材料セミナー」
  • Place of Presentation: 東京工芸大学
  • Year and Date: 2016-06-20
  • Invited
• [Presentation] エネルギー拡散に基づくフォトン・アップコンバージョン (2016)
  • Author(s): 楊井伸浩
  • Organizer: 光化学若手の会
  • Place of Presentation: アイ・アイ・ランド（大阪）
  • Year and Date: 2016-06-17
  • Invited